加热冷却功率计算.docx

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加热冷却功率计算

模温机的加热功率和计算方法

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183发布时间：

2011-10-13

 　模温机选型的计算方法

　　1.特殊的情况需进行计算：

　　A、求加热器功率或冷冻功率KW=W×△t×C×S/860×T

　　W=模具重量或冷却水KG

　　△t=所需温度和起始温度之间的温差。

　　C=比热油（0.5），钢（0.11），水

（1），塑料（0.45~0.55）

　　T=加温至所需温度的时间（小时）

　　B、求泵的大小

　　需了解客户所需泵浦流量和压力（扬程）

　　P（压力Kg/cm2）=0.1×H（扬程M）×α（传热媒体比重，水=1，油=0.7-0.9）

　　L（媒体所需流量L/min）=Q（模具所需热量Kcal/H）/C（媒体比热水=1油=0.45）×△t（循环媒体进出模具的温差）×α×60

　　2.冷冻机容量选择

　　A、Q（冷冻量Kcal/H）=Q1+Q2

　　Q1（原料带入模具的热量Kcal/H）=W（每小时射入模具中原料的重量KG）×C×（T1-T2）×S（安全系数1.5~2）T1原料在料管中的温度；T2成品取出模具时的温度

　　Q2热浇道所产生的热量Kcal/H

　　B、速算法（有热浇道不适用）

　　1RT=7~8OZ1OZ=28.3g（含安全系数）

　　1RT=3024Kcal/H=12000BTU/H=3.751KW

　　1KW=860Kcal/H1Kcal=3.97BTU

　　3、冷却水塔选用=A+B

　　A、射出成型机用

　　冷却水塔RT=射出机马力（HP）×0.75KW×860Kcal×0.4÷3024

　　B、冷冻机用

　　冷却水塔RT=冷冻机冷吨（HP）×1.25

　　选择模具温度控制器时，以下各点是主要的考虑因素；

　　1．泵的大小和能力。

　　2．内部喉管的尺寸。

　　3．加热能力。

　　4．冷却能力。

　　5．控制形式。

A、泵的大小

　　从已知的每周期所需散热量我们可以很容易计算冷却液需要容积流速，其后再得出所需的正确冷却能力，模温控制器的制造商大都提供计算最低的泵流速公式。

表4.1在选择泵时是很有用，它准确地列出了不同塑料的散热能力。

　　以下决定泵所需要提供最低流速的经验法则：

　　若模腔表面各处的温差是5℃时，

　　0.75gal/min/kW@5℃温差或是

　　3.4151/min/kW@5℃温差

　　若模腔表面各处的温差是1℃，则所需的最低流速需要按比例乘大五倍即是3.75gal/min/kW或是17.031/min/kW。

为了获得产品质量的稳定性，很多注塑公司都应该把模腔表面的温差控制在1－2℃,可是实际上其中很多的注塑厂商可能并不知道这温差的重要性或是认为温差的最佳范围是5－8℃。

　　计算冷却液所需的容积流速，应使用以下的程序：

　　1．先计算栽一塑料/模具组合的所城要排走的热量：

若

　　以前述的PC杯模为例，则实际需要散去的热量是：

　　一模件毛重（g）/冷却时间（s）=208/12=17.333g/s

　　PC的散热率是=368J/g或是368kJ/kg

　　所以每周期需要散去的热量=368×17.33/1,000=6.377kW

　　2．再计算冷却所需的容积流速：

　　按照上述的经验法则若模腔表面的温差是5℃时，流速=6.377×0.75=4.78gal/min或是=6.377×3.41=21.751/min若模腔表现的温差是1℃则流速=4.78×5=23.9gal/min或是=21.75×5=108.731/min

　　3．泵流速的规定

　　为了得到良好的散热效果，泵的流速能力应较计算的结果最少大10%，所以需使用27gal/min或是120/min的泵。

　　4．泵压力的规定；

　　一般模温控制器的操作压力在2－5bar（29-72.5psi），由于在压力不足的情况下会影响冷却液的容积流速（流动的阻力产生压力损失），所以泵的压力愈高，流速愈稳定。

　　对于冷却管道很细小的模具（例如管道直径是6mm/0.236in），泵的压力便需要有10bar（145psi）才可提供足够的散热速度（即是冷却液速度）。

　　大体上冷却液的容积液速要求愈高，管道的直径愈少则所需要的泵输出压力愈大。

所以在一般应用模温控制器的压力应超过了3bar（43.5psi）.B、加热能力

　　图4.8是典型的加热计算表，提供了就模具重所需要的加热量。

图4.8的计算用法下：

　　1．纵轴代表着模具的重量。

　　2．横轴代表着模具升温至所需温度的热量，单位是kW/hr。

　　3.37℃－121℃的各温度斜线提供了模具重量和模温控制器的发热能力在相应温度下的关系。

　　例如我们可以从图查知：

　　1．把重量500kg的模具升温至50℃所需的加热能力是3.3kW/hr。

　　2．把重700kg的模具升温至65℃所需的别热能力是6.5kW/hr。

　　总的来说，加热能力愈强，则所需的升温时间，便相应地减少了（加热能力双倍，升温时间减少）。

图4.8提供了注塑厂商一个很有用的资料，可以马上找出任何模具的加热要求，从而获得正确模温控制器的发热能力。

往往就是因为模温控制器的能力太低，引致模具不能达到最佳的温度状态。

欲想知道模温控制器实际表现，我们可以比较它的实际的和计算的模具升温时间。

　　冷冻能力

　　模温控制器的冷冻线路的设计和组成零件对模温的精确控制致为重要。

当模具或加温液的温度上升至设定值时，模温控制器必须能快速地及有效地避免温度继续上升，办法是引进另一较低温度的液体，其引进的控制由电磁阀负责。

所以温度超驰的消除和稳定性取决于电磁阀的大小。

　　冷却电磁阀的孔径可用以下的公式计算：

　　冷冻能力（gal/min）=kW×3.16/△t

　　这里△t=模温控制器所设定的生产温度和冷冻水温度之差：

　　kW=模具需要排走的热量

　　以下表列出了不同电磁阀孔径所能提供的容积流速：

　　电磁阀孔径容积流速

　　inmmgal/min1/min

　　0.256.350.73.18

　　0.3759.531.25.45

　　0.50012.703.314.98

　　0.75019.655.424.52

　　1.00025.4010.045.40

　　1.25031.7513.059.02

　　1.50038.1020.090.80

　　计算了冷冻能力后便可从以上表找出相应的电磁阀，如以下的例子：

　　PC杯模需要排走的热量是6.377kW

　　生产的设定温度是90℃

　　冷冻水的温度是18℃

　　△T=90－18=72℃

　　所以冷冻能力=6.377×316/72=0.28gal/min或1.271/min

　　从上表可知道孔径为6.35mm/0.250in的电磁阀可提供足够的容积流速，适宜使用于模温控制范围是±1℃的精确要求。

电磁阀阀门的压力降影响着流速。

上表的流速数值是基于1bar（14.5psi）的压力降。

所以压力降愈高，冷冻水的流速愈快。

电磁阀的典型的压力降是2bar（29psi）。

C、液体式模温加热控制系统

　　任何一台模温控制器的主要目的是把模具温度控制在（±2°F）的范围内。

所以对于运行在模具管路间的液体的升温控制必须精确，否则模具温度控制的目的便不能达到了。

　　某些模温控制器的控制方法祗属于开/关形式，其工作原理是比较实际和设定的温度。

倘若实际的温度比较设定的温度低很多，电热便全开，待实际温度达到设定值时，电热便被关上，由于开/关形式的控制产生了很大的实际正负温度偏差。

这温度变化不单祗直接地影响着液体的温度，还间接地带给了模具很大的过度升降，不消说最后定必反映在成品的质量上。

　　所以我们应该使用PID（比例、积分、微分）形式的加热控制系统，它可以保证模具的温度控制维持在±1℃（±2°F）的范围内。

1、通过冷却水（油）进、出口温差来计算发热量

Q=SH*De*F*DT/60

Q:

发热量KW

SH：

比热水的比热为4.2KJ/Kg*C（4.2千焦耳/千克*摄氏度）油的比热为1.97KJ/Kg*C（1.97千焦耳/千克*摄氏度）

De:

比重水的比重1Kg/L（1千克/升）油的比重0.88Kg/L（0.88千克/升）

F：

流量LPM（L/min升/分钟）

DT:

冷却水（油）进出口温差（出口温度-进口温度）

注：

"/60"是用于将流量升/分变为升/秒；1kW=1kJ/s；

例1：

冷却水进水为20度，出水25度，流量10升/分钟

发热量Q=4.2*1*10*（25-20）/60=3.5KW

选择冷水机冷量时可适当加大20%-50%

例2：

冷却油进口为25度，出水32度，流量8升/分钟

发热量Q=1.97*0.88*8*（32-25）/60=1.62KW

选择冷水机冷量时可适当加大20%-50%

2、通过设备的功率、发热量估算

a、如用于主轴冷却，可根据主轴电机功率的30%估算所需制冷机组的冷量。

例：

7.5KW电机，可选配2.2kw或2.8kw冷量的制冷机组；

b、注塑机可按每安时0.6KW冷量估算

3、通过水（油）箱的温升来计算发热量

Q=SH*De*V*DT/60

Q:

发热量KW

SH：

比热水的比热为4.2KJ/Kg*C（4.2千焦耳/千克*摄氏度）油的比热为1.97KJ/Kg*C（1.97千焦耳/千克*摄氏度）

De:

比重水的比重1Kg/L（1千克/升）油的比重0.88Kg/L（0.88千克/升）

V：

水容量L（升）包括水箱及管路中的总水容量

DT:

水（油）在一分钟内的最大温升

注：

"/60"是用于将温升摄氏度/分变为摄氏度/秒；1kW=1kJ/s；

注意：

测量时，水（油）箱的温度需略低于环境温度；并且设备处于最大的负荷下工作。

例：

水箱容积1000L最大的水温0.2度/分钟

发热量Q=4.2*1*1000*0.2/60=14KW

选择冷水机冷量时可适当加大20%-50%

补充说明：

1、冷水机的制冷量与环境温度及出水温度不同面变化；

2、设备实际发热量亦会因为不同的工件、模具、参数等发生变化；

3、使用冷水机后温度下降，连接管路、水箱、油箱、模具、主轴、设备表面温度会低于环境温度，因此会吸收热量导致负荷增大；

4、在工业冷却的实际应用中很多情况是无法准确利用以上方法计算的，这时只能通过经验数据、同类设备类比等方法估算。

5、任何的计算方法都有可能会出现偏差，以致实际选用的制冷机组过大或过少，所以上面的方法仅作参考

电加热器功率计算

一、一般按以下三步进行电加热器的设计计算：

1.计算维持介质温度不变的前提下，实际所需要的维持温度的功率

2.计算从初始温度在规定的时间内加热至设定温度的所需要的功率

3.根据以上两种计算结果，选择加热器的型号和数量。

总功率取以上二种功率的最大值并考虑1.2系数。

公式：

1.维持介质温度抽需要的功率

KW=C2M3△T/864+P

式中：

M3每小时所增加的介质kg/h

2.初始加热所需要的功率

KW=（C1M1△T+C2M2△T）÷864/P+P/2

式中：

C1C2分别为容器和介质的比热（Kcal/Kg℃）

M1M2分别为容器和介质的质量（Kg）

△T为所需温度和初始温度之差（℃）

H为初始温度加热到设定温度所需要的时间（h）

P最终温度下容器的热散量（Kw）

二、电加热性能曲线下面是一些在电加热计算中经常要用到的性能曲线。

三、电加热器设计计算举例：

有一只开口的容器，尺寸为宽500mm，长1200mm，高为600mm，容器重量150Kg。

内装500mm高度的水，容器周围都有50mm的保温层，材料为硅酸盐。

水需3小时内从15℃加热至70℃，然后从容器中抽取20kg/h的70℃的水，并加入同样重量的水。

需要多大的功率才能满足所要的温度。

技术数据：

1、水的比重：

1000kg/m3

2、水的比热：

1kcal/kg℃

3、钢的比热：

0.12kcal/kg℃

4、水在70℃时的表面损失4000W/m2

5、保温层损失（在70℃时）32W/m2

6、容器的面积：

0.6m2

7、保温层的面积：

2.52m2

初始加热所需要的功率：

容器内水的加热：

C1M1△T=1×（0.5×1.2×0.5×1000）×（70－15）=16500kcal

容器自身的加热：

C2M2△T=0.12×150×（70－15）=990kcal

平均水表面热损失：

0.6m2×4000W/m2×3h×1/2×864/1000=3110.4kcal

平均保温层热损失：

2.52m2×32W/m2×3h×1/2×864/1000=104.5kcal

（考虑20%的富裕量）

初始加热需要的能量为：

（16500+990+3110.4+104.5）×1.2=70258.8kcal/kg℃

工作时需要的功率：

加热补充的水所需要的热量：

20kg/H×（70－15）×1kcal/kg℃=1100kcal

水表面热损失：

0.6m2×4000W/m2×1h×864/1000=2073.6kcal

保温层热损失：

2.52m2×32W/m2×1h×864/1000=69.67kcal

（考虑20%的富裕量）

工作加热的能量为：

（1100+2073.6+69.6）×1.2=6486.54kcal/kg℃

工作加热的功率为：

6486.54÷864÷1=7.5kw

初始加热的功率大于工作时需要的功率，加热器选择的功率至少要27.1kw。

最终选取的加热器功率为35kw。